DE102019129902B4 - METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTING AN ENGINE START-UP PERFORMANCE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen einer Motorstart-Performance eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Generieren von für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten; Auswerten der generierten Motorstart-Daten; und Ausgeben eines Ergebnisses der Auswertung, welches eine Vorhersage mit Bezug auf die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems betrifft. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass zum Auswerten der generierten Motorstart-Daten eine Fahrzeugmarke, ein Fahrzeugmodell und/oder eine Fahrzeugvariante eines von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeugs berücksichtigt wird.The invention relates to a method for predicting an engine start performance of an electrical energy storage system, in particular a motor vehicle starter battery. The method has the following method steps: generating engine start data characteristic of the electrical energy storage system; evaluating the generated engine start data; and outputting a result of the evaluation related to a prediction related to engine start performance of the electrical energy storage system. According to the invention, it is provided in particular that a vehicle make, a vehicle model and/or a vehicle variant of a vehicle to be started by the electrical energy storage system is taken into account for evaluating the generated engine start data.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Abschätzen eines Zustandes eines elektrischen Energiespeichersystems, wie beispielsweise zum Abschätzen einer verbleibenden Kapazität eines elektrischen Energiespeichersystems. Im Einzelnen betrifft die Erfindung Verfahren und Systeme zum Vorhersagen einer Motorstart-Performance eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie.The present invention relates generally to methods and systems for estimating a condition of an electrical energy storage system, such as estimating a remaining capacity of an electrical energy storage system. In particular, the invention relates to methods and systems for predicting an engine start performance of an electrical energy storage system, in particular a motor vehicle starter battery.
Unter dem hierin verwendeten Begriff „Motorstart-Performance“ ist die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems zu verstehen, einen Fahrzeugmotor eines Kraftfahrzeugs starten zu können, insbesondere kalt- oder warmstarten zu können. Insbesondere umfasst der Begriff „Motorstart-Performance“ auch die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems noch eine bestimmte Anzahl von Startvorgängen des Fahrzeugmotors erfolgreich durchführen zu können.The term “engine start performance” used here is to be understood as meaning the capability of the electrical energy storage system to be able to start a vehicle engine of a motor vehicle, in particular to be able to start it cold or hot. In particular, the term “engine start performance” also includes the capability of the electrical energy storage system to be able to successfully carry out a certain number of vehicle engine starts.
Die Zustandsbestimmung eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere eines Fahrzeugs, gewinnt mit zunehmenden Fahrzeugfunktionen, welche elektrische Energie zumindest zur Unterstützung benötigen, stark an Bedeutung.Determining the state of an electrical energy storage system, in particular a vehicle, is becoming increasingly important with increasing vehicle functions that require electrical energy at least for support.
Da vermehrt sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs elektrische Unterstützung erfahren, wird die Zuverlässigkeit der Zustandsbestimmung und Zustandsabschätzung des Energiespeichersystems immer wichtiger.Since more and more safety-relevant functions of the vehicle are receiving electrical support, the reliability of the state determination and state assessment of the energy storage system is becoming increasingly important.
In elektrischen Energiespeichersystemen mit mehreren wiederaufladbaren Batteriezellen altern die einzelnen Batteriezellen im Laufe der Zeit, wodurch sich die Eigenschaften der Batteriezellen bzw. des gesamten elektrischen Energiespeichersystems verändern. Um im Betrieb die verbleibende Laufzeit des Energiespeichersystems (Akkulaufzeit) zuverlässig vorhersagen zu können, und um Alterungsvorgänge rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen zu können, ist es wünschenswert, den Alterungszustand des elektrischen Energiespeichersystems möglichst genau bestimmen zu können. Entsprechende Maßnahmen sind beispielsweise gealterte Batteriezellen oder das gesamte elektrische Energiespeichersystem auszutauschen, bevor deren Zustand kritisch wird.In electrical energy storage systems with a number of rechargeable battery cells, the individual battery cells age over time, as a result of which the properties of the battery cells or of the entire electrical energy storage system change. In order to be able to reliably predict the remaining service life of the energy storage system (battery life) during operation and to be able to identify aging processes in good time and take appropriate measures, it is desirable to be able to determine the aging status of the electrical energy storage system as precisely as possible. Appropriate measures include replacing aged battery cells or the entire electrical energy storage system before their condition becomes critical.
Bekannte Systeme und Verfahren zur Batteriezustandsermittlung greifen in der Regel auf direkte Messwerte des Batteriezustandes und/oder der Batterieeigenschaften zurück, mittels der der Batteriezustand bestimmt wird.Known systems and methods for determining the condition of the battery generally use direct measured values of the condition of the battery and/or the properties of the battery, by means of which the condition of the battery is determined.
So wird beispielsweise in der Druckschrift
Auch ist aus der Druckschrift
Diese bekannten Systeme weisen den Nachteil auf, dass größere Fehler in den Messgrößen die Ausgangsgröße unmittelbar beeinflussen, und daher die Zustandsermittlung des Energiespeichersystems nicht eindeutig ist bzw. verfälscht werden kann.These known systems have the disadvantage that larger errors in the measured variables directly affect the output variable, and therefore the determination of the state of the energy storage system is not unambiguous or can be falsified.
Darüber hinaus existieren Batterietestvorrichtungen, mit denen die Ladungsmenge, die ein Akkumulator speichern kann, vorhergesagt werden kann. Die entnehmbare Kapazität einer Batterie hängt von dem Entladeverlauf ab, also von dem Entladestrom, von der Entladeschlussspannung (= die Spannung, bei welcher die Entladung beendet wird), und von dem Entladungsgrad. Je nach Entladeverlauf besitzt der Akkumulator eine andere Kapazität. In einer aussagekräftigen Angabe der Nennkapazität müssen daher sowohl der Entladestrom als auch die Entladeschlussspannung angegeben werden.In addition, there are battery test devices with which the amount of charge that an accumulator can store can be predicted. The capacity that can be drawn from a battery depends on the discharge process, i.e. on the discharge current, on the end-of-discharge voltage (= the voltage at which the discharge is ended), and on the degree of discharge. Depending on the discharge process, the accumulator has a different capacity. In a meaningful indication of the nominal capacity, both the discharge current and the end-of-discharge voltage must therefore be specified.
Generell nimmt die entnehmbare Kapazität einer Batterie mit zunehmendem Entladestrom ab. Dieser Effekt wird durch die Peukert-Gleichung beschrieben. Verantwortlich hierfür ist unter anderem der mit steigendem Strom zunehmende Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie, der die Ausgangsspannung entsprechend absinken lässt, sodass die Entladeschlussspannung früher erreicht wird. Neben dem Innenwiderstand ist auch die begrenzte Geschwindigkeit der elektrochemischen Prozesse und Ladungstransportvorgänge in der Batterie für ihre sinkende Kapazität bei erhöhtem Ladestrom verantwortlich.In general, the capacity that can be drawn from a battery decreases as the discharge current increases. This effect is described by the Peukert equation. Responsible for this is, among other things, the increasing voltage drop at the internal resistance of the battery with increasing current, which causes the output voltage to drop accordingly, so that the end-of-discharge voltage is reached earlier. In addition to the internal resistance, the limited speed of the electrochemical processes and charge transport processes in the battery is also responsible for the decreasing capacity with an increased charging current.
Herkömmliche Batterieprüfvorrichtungen basieren darauf, dass der Innenwiderstand der Batterie gemessen wird. Basierend auf dieser Messung kann ein Spannungswert berechnet werden, den die Batterie annehmen wird, wenn ein definiertes Entladeprofil bzw. eine definierte Entladungsart angewandt wird. Als Entladungsarten kommen beispielsweise eine Entladung mit konstantem Strom, eine Entladung über einen konstanten Widerstand oder eine Entladung mit konstanter Leistung in Frage.Conventional battery testers are based on measuring the internal resistance of the battery. Based on this measurement, a voltage value can be calculated that the battery will assume when a defined discharge deprofil or a defined type of discharge is used. Discharge types that can be considered are, for example, a discharge with a constant current, a discharge via a constant resistance or a discharge with a constant power.
Alternativ hierzu ist es möglich, mit dem gemessenen Innenwiderstand der Batterie einen Kaltstartstrom zu berechnen und einen Schwellwert festzulegen, bei welchem die Batterie ausgetauscht werden sollte. Als Beispiel hierzu könnte der Schwellwert bei 50 % des nominellen Kaltstartstroms liegen.As an alternative to this, it is possible to use the measured internal resistance of the battery to calculate a cold start current and to define a threshold value at which the battery should be replaced. As an example, the threshold could be 50% of the nominal cold cranking current.
Unter Kaltstartstrom, häufig auch Kälteprüfstrom genannt, wird der maximale Strom verstanden, den eine Batterie bei einer Temperatur von -18° C für 30 Sekunden liefern kann, ehe die Batteriespannung zu niedrig ist. Nach der deutschen Industrienorm (DIN) wird eine vollgeladene 12 V Batterie bei -18° C auf bis zu 6 V entladen, sollte nach 30 Sekunden jedoch noch mindestens 9 V haben und die Grenze von 6 V erst nach 150 Sekunden erreichen. Nach der amerikanischen Norm (SAE) soll eine vollgeladene Batterie bei -18° C nach 30 Sekunden des Entladens noch mindestens 7,2 V haben. Bei der IEC (International Electrotechnical Commission) soll die Batterie bei -18° C nach 60 Sekunden noch 8,4 V haben. Zu guter Letzt soll bei der europäischen Norm (EN) die Entladezeit nach einer Entladung bei einer Schlussspannung von 7,5 V minimal noch 10 Sekunden sein.Cold cranking current, often also called cold cranking current, is the maximum current that a battery can deliver at a temperature of -18° C for 30 seconds before the battery voltage is too low. According to the German industrial standard (DIN), a fully charged 12 V battery is discharged down to 6 V at -18° C, but should still have at least 9 V after 30 seconds and only reach the 6 V limit after 150 seconds. According to the American standard (SAE), a fully charged battery at -18° C should still have at least 7.2 V after 30 seconds of discharging. According to the IEC (International Electrotechnical Commission), the battery should still have 8.4 V after 60 seconds at -18° C. Last but not least, according to the European standard (EN), the discharge time after a discharge with a final voltage of 7.5 V should be at least 10 seconds.
Die herkömmlichen Ansätze zum Abschätzen bzw. Vorhersagen einer entnehmbaren Kapazität einer Batterie basieren jedoch auf der Annahme, dass die Batterien in einem vollständig geladenen Zustand (vollgeladen) betrieben werden. Die Randbedingung ist insbesondere bei Start-Stopp-Batterien in der Regel nicht mehr erreichbar, da diese Batterien in der Regel in einem teilgeladenen Zustand betrieben werden (typischerweise bei 70 % bis 80 %).However, the conventional approaches for estimating or predicting a capacity that can be drawn from a battery are based on the assumption that the batteries are operated in a fully charged state (fully charged). The boundary condition is usually no longer achievable, particularly in the case of start-stop batteries, since these batteries are usually operated in a partially charged state (typically at 70% to 80%).
Darüber hinaus werden bei herkömmlichen Batterieprüfvorrichtungen nicht die Degradation der Batterie berücksichtigt. Unter dem Begriff „Degradation“ ist die Abnahme der Kapazität einer Batterie mit der Zeit auch bei sachgemäßer Nutzung zu verstehen, wobei diese Kapazitätsabnahme aufgrund von chemischen Reaktionen (Alterung) stattfindet. Zum einen kommt es durch die Lade- und Entladevorgänge an den Elektroden einer Batterie zu (nur teilweise reversiblen) elektrochemischen Vorgängen, die eine vollständige Aufladung oder Entladung behindern. Hierzu gehören bei Blei-Akkumulatoren die Sulfatierung, bei Batterien auf Nickeltechnologie beispielsweise Batterieträgheitseffekte und bei Batterien auf Lithiumchemie Elektrodenalterung durch unumkehrbare Parasitäre chemische Reaktionen (kalendarische Lebensdauer).In addition, conventional battery testers do not take battery degradation into account. The term "degradation" means the decrease in the capacity of a battery over time, even when used properly, with this decrease in capacity taking place as a result of chemical reactions (aging). On the one hand, the charging and discharging processes at the electrodes of a battery lead to (only partially reversible) electrochemical processes that prevent complete charging or discharging. In the case of lead accumulators, this includes sulphation, in the case of batteries based on nickel technology, for example, battery inertia effects and in the case of batteries based on lithium chemistry, electrode aging due to irreversible parasitic chemical reactions (calendar lifespan).
Entsprechende Abnutzung des Akkumulators sind im Verlauf der Nutzung die Ladekapazität und damit auch die Energiedichte.Corresponding wear and tear of the accumulator in the course of use is the charging capacity and thus also the energy density.
Durch den zunehmenden Trend der Verwendung von sogenannten Start-Stopp-Systemen bzw. Start-Stopp-Automatik, sind die oben diskutierten Nachteile bei bekannten Systemen zum Abschätzen der Batteriekapazität nicht mehr hinnehmbar. Dies liegt insbesondere daran, dass bei Start-Stopp-Systemen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches in Standphasen (z. B. bei einem Ampelstopp) der Motor im Stand unter bestimmten Bedingungen abschaltet und ihn wieder automatisch startet. Diese Start-Stopp-Systeme erfordern somit besondere Bedingungen an die Start-Stopp-Batterien.Due to the increasing trend towards the use of so-called start-stop systems or automatic start-stop systems, the disadvantages discussed above in known systems for estimating the battery capacity are no longer acceptable. This is due in particular to the fact that in start-stop systems to reduce fuel consumption when stationary (e.g. when stopped at traffic lights), the engine switches off under certain conditions and starts again automatically. These start-stop systems therefore require special conditions for the start-stop batteries.
Eine Start-Stopp-Batterie übernimmt fast die gleichen Aufgaben und Funktionen wie eine reguläre Autobatterie, muss aber noch deutlich mehr leisten, da die Start-Stopp-Automatik ein permanentes An- und Abschalten des Verbrennungsmotors verursacht, was der Batterie ein Höchstmaß an Leistung abverlangt. Von daher ist ersichtlich, dass für ein einwandfreies Funktionieren der Start-Stopp-Automatik eine hinreichend funktionsfähige Batterie verlangt.A start-stop battery performs almost the same tasks and functions as a regular car battery, but has to do a lot more, since the automatic start-stop system causes the combustion engine to switch on and off constantly, which demands maximum performance from the battery . It is therefore evident that a sufficiently functional battery is required for the automatic start-stop system to function properly.
Der vorliegen den Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein optimiertes Diagnose- und Analysetool anzugeben, um einen möglichen Batteriedefekt schnell und zuverlässig insbesondere auch für Start-Stopp-Batterien vorhersagen zu können.The present invention is based on the object of specifying an optimized diagnosis and analysis tool in order to be able to predict a possible battery defect quickly and reliably, especially for start-stop batteries.
Insbesondere soll ein Verfahren zum Abschätzen des Alterungszustandes eines Batteriesystems und insbesondere zum Vorhersagen einer Motorstart-Performance eines Batteriesystems, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie, bereitgestellt werden, mit welchem eine möglichst genaue Schätzung des Alterungszustandes des Batteriesystems und insbesondere eine möglichst genaue Vorhersage einer Motorstart-Performance eines Batteriesystems ermöglicht wird.In particular, a method for estimating the aging state of a battery system and in particular for predicting an engine start performance of a battery system, in particular a motor vehicle starter battery, is to be provided, with which the aging state of the battery system can be estimated as accurately as possible and in particular the most accurate prediction possible of an engine start performance of a battery system is made possible.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches auf einer Vielzahl verschiedener Energiespeichersysteme und insbesondere Batteriesysteme anwendbar ist, und welches auch bei variierenden Betriebsbedingungen des Energiespeichersystems bzw. Batteriesystems zuverlässige Ergebnisse liefert.A further object of the invention is to provide a method which can be used on a large number of different energy storage systems and in particular battery systems, and which also delivers reliable results under varying operating conditions of the energy storage system or battery system.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie ein System gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 11 angegeben.To solve this problem, a method according to independent claim 1 and a system according to independent claim 11 are specified according to the invention.
Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Vorhersagen einer Motorstart-Performance eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie, mit welchem nicht nur ein spezifischer Alterungszustand (state of health, SOH) des Energiespeichersystems abschätzbar ist, sondern darüber hinaus eine Motorstart-Performance des Energiespeichersystems zuverlässig vorhersehbar ist. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst für das elektrische Energiespeichersystem charakteristische Motorstart-Daten generiert werden. Diese generierten Motorstart-Daten werden entsprechend ausgewertet und anschließend wird ein Ergebnis der Auswertung, welches eine Vorhersage mit Bezug auf die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems betrifft, ausgegebeh. Zum Auswerten der generierten Motorstart-Daten werden/wird insbesondere eine Fahrzeugmarke, ein Fahrzeugmodel und/oder eine Fahrzeugvariante eines von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeuges berücksichtigt.Accordingly, the subject matter of the invention is in particular a method for predicting an engine start performance of an electrical energy Storage system, in particular a motor vehicle starter battery, with which not only a specific state of health (state of health, SOH) of the energy storage system can be estimated, but also an engine start performance of the energy storage system is reliably predictable. For this purpose, it is provided according to the invention that engine start data characteristic of the electrical energy storage system are first generated. This generated engine start data is evaluated accordingly, and then a result of the evaluation, which relates to a prediction with regard to the engine start performance of the electrical energy storage system, is output. In particular, a vehicle make, a vehicle model and/or a vehicle variant of a vehicle to be started by the electrical energy storage system is/are taken into account for evaluating the generated engine start data.
Die Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet somit das tatsächliche Anwendungsgebiet des im Hinblick auf die Motorstart-Performance untersuchten elektrischen Energiespeichersystems. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass abhängig von dem jeweiligen Einsatz- oder Anwendungsbereich ein Energiespeichersystem trotz fortgeschrittenem Alterungszustand durchaus noch eine hinreichende Motorstart-Performance liefert, um ein bestimmtes Fahrzeug erfolgreich starten zu können. Unter dem hierin verwendeten Begriff „bestimmtes Fahrzeug“ ist insbesondere eine bestimmte Fahrzeugmarke, ein bestimmtes Fahrzeugmodel und/oder eine bestimmte Fahrzeugvariante zu verstehen.The basis of the method according to the invention thus forms the actual field of application of the electrical energy storage system examined with regard to the engine start performance. This exploits the knowledge that, depending on the respective area of use or application, an energy storage system still delivers sufficient engine start performance to be able to start a specific vehicle successfully, despite advanced aging. The term "specific vehicle" used herein means in particular a specific vehicle make, a specific vehicle model and/or a specific vehicle variant.
Mit anderen Worten, erfindungsgemäß werden für das im Hinblick auf die Motorstart-Performance untersuchte elektrische Energiespeichersystem charakteristische Motorstart-Daten bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungssituationen generiert. Bei den charakteristischen Motorstart-Daten handelt es sich beispielsweise um das Spannungsverhalten im Energiespeichersystem während einer Motorstartphase, die bei einem bestimmten Fahrzeug (d.h., bei einer bestimmten Fahrzeugmarke, bei einem bestimmten Fahrzeugmodel und/oder bei einer bestimmten Fahrzeugvariante) auftreten.In other words, according to the invention, characteristic engine start data for the electrical energy storage system examined with regard to the engine start performance is generated in a large number of different application situations. The characteristic engine start data is, for example, the voltage behavior in the energy storage system during an engine start phase that occurs in a specific vehicle (i.e., in a specific make of vehicle, in a specific vehicle model and/or in a specific vehicle variant).
Insbesondere weisen die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten mindestens eine Motorstart-Spannung und/oder mindestens ein Motorstart-Spannungsprofil des elektrischen Energiespeichersystems bei einer Startphase eines bestimmten Fahrzeuges auf.In particular, the engine start data characteristic of the electrical energy storage system has at least one engine start voltage and/or at least one engine start voltage profile of the electrical energy storage system during a start phase of a specific vehicle.
In einer Variante hiervon weisen die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten eine Temperatur des elektrischen Energiespeichersystems beim Generieren der mindestens einen Motorstart-Spannung und/oder beim Generieren des mindestens einen Motorstart-Spannungsprofils auf.In a variant of this, the engine start data characteristic of the electrical energy storage system has a temperature of the electrical energy storage system when generating the at least one engine start voltage and/or when generating the at least one engine start voltage profile.
Alternativ oder zusätzlich hierzu weisen die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten Ladezustandsdaten des elektrischen Energiespeichersystems beim Generieren der mindestens einen Motorstart-Spannung und/oder beim Generieren des mindestens einen Motorstart-Spannungsprofils auf.Alternatively or additionally, the engine start data characteristic of the electrical energy storage system includes state of charge data of the electrical energy storage system when generating the at least one engine start voltage and/or when generating the at least one engine start voltage profile.
Denkbar ist es grundsätzlich, dass die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten beispielsweise mindestens einen Minimalwert einer Spannung des elektrischen Energiespeichersystems während eines Motorstarts, eine insbesondere von dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichersystems abhängige Motorstartzeit, und/oder eine Anzahl der von dem elektrischen Energiespeichersystem bereits durchgeführten Motorstarts auf.In principle, it is conceivable that the engine start data characteristic of the electrical energy storage system contains, for example, at least a minimum value of a voltage of the electrical energy storage system during an engine start, an engine start time that is dependent in particular on the state of charge of the electrical energy storage system, and/or a number of times the electrical energy storage system has already started performed engine starts.
In diesem Zusammenhang bietet es sich grundsätzlich an, dass die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten von mindestens einem insbesondere in dem von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeug angeordneten Sensor generiert werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten von einem (fahrzeuginternen) Fahrzeugdiagnosesystem des von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeuges zur Auswertung generiert und/oder bereitgestellt werden.In this context, it is fundamentally advisable for the engine start data characteristic of the electrical energy storage system to be generated by at least one sensor arranged in particular in the vehicle to be started by the electrical energy storage system. It is conceivable, for example, for the engine start data characteristic of the electrical energy storage system to be generated and/or made available for evaluation by a (vehicle-internal) vehicle diagnostic system of the vehicle to be started by the electrical energy storage system.
Alternativ oder zusätzlich hierzu können die für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten von mindestens einem vorzugsweise direkt an einem elektrischen Anschluss des elektrischen Energiespeichersystems galvanisch angeschlossenen Sensor generiert und/oder bereitgestellt werden.As an alternative or in addition to this, the engine start data that is characteristic of the electrical energy storage system can be generated and/or provided by at least one sensor that is preferably galvanically connected directly to an electrical connection of the electrical energy storage system.
Gemäß Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nicht nur das von dem untersuchten Energiespeichersystem zu startende Fahrzeug (Fahrzeugmodel, Fahrzeugmarke und/oder Fahrzeugvariante), sondern auch die Temperatur oder ein Temperaturbereich eines von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeugmotors berücksichtigt wird, wobei das ausgegebene Ergebnis der Auswertung eine Vorhersage mit Bezug auf die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems bei unterschiedlichen Temperaturen des Fahrzeugmotors betrifft.According to developments of the method according to the invention, it is provided that not only the vehicle to be started by the energy storage system examined (vehicle model, vehicle make and/or vehicle variant), but also the temperature or a temperature range of a vehicle engine to be started by the electrical energy storage system is taken into account, with the output Result of the evaluation concerns a prediction with respect to the engine start performance of the electrical energy storage system at different temperatures of the vehicle engine.
So ist es beispielsweise denkbar, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhersagbar ist, wie die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems in Sommermonaten oder Wintermonaten aussieht.For example, it is conceivable that the method according to the invention can be used to predict what the engine start performance of the electrical energy storage system looks like in the summer months or winter months.
Unter dem hierin verwendeten Begriff „Motorstart-Performance“ des elektrischen Energiespeichersystems ist allgemein ein Indikator für eine Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems, einen Fahrzeugmotor der bei der Auswertung berücksichtigten Fahrzeugmarke, des bei der Auswertung berücksichtigten Fahrzeugmodels und/oder der bei der Auswertung berücksichtigten Fahrzeugvariante starten, insbesondere Kalt- oder Warmstarten zu können, zu verstehen. Beispielsweise ist die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems indikativ für eine Anzahl von mit dem elektrischen Energiespeichersystem noch erfolgreich durchführbare Startvorgänge des Fahrzeugmotors.The term "engine start performance" of the electrical energy storage system used herein is generally an indicator of the performance of the electrical energy storage system, starting a vehicle engine of the vehicle brand considered in the evaluation, the vehicle model considered in the evaluation and/or the vehicle variant considered in the evaluation, especially to be able to cold or warm starts to understand. For example, the engine start performance of the electrical energy storage system is indicative of a number of vehicle engine starts that can still be successfully carried out with the electrical energy storage system.
Erfindungsgemäß wird anhand von Trainingsdaten ein Vorhersagemodel bzw. Alterungsmodel des elektrischen Energiespeichersystems erstellt und/oder kontinuierlich optimiert. Zu diesem Zweck werden zum Auswerten der generierten Motorstart-Daten die Motorstart-Daten in einen auf dem Prinzip des maschinellen Lernens basierenden Motorstart-Vorhersage-Algorithmus eingegeben. In dem Motorstart-Vorhersage-Algorithmus können die Motorstart-Daten gemäß Klassifikationen in unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden, wobei sich die unterschiedlichen Muster unterscheiden. Insbesondere werden dabei die Motorstart-Daten abhängig von einer Fahrzeugmarke, einem Fahrzeugmodel und/oder einer Fahrzeugvariante des von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeuges in unterschiedliche Kategorien eingeteilt.According to the invention, a prediction model or aging model of the electrical energy storage system is created and/or continuously optimized on the basis of training data. For this purpose, to evaluate the generated engine start data, the engine start data is entered into an engine start prediction algorithm based on the principle of machine learning. In the engine start prediction algorithm, the engine start data can be divided into different categories according to classifications, the different patterns differing. In particular, the engine start data is divided into different categories depending on a vehicle brand, a vehicle model and/or a vehicle variant of the vehicle to be started by the electrical energy storage system.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass eine Lernphase des Motorstart-Vorhersage-Algorithmus durchgeführt wird. In der Lernphase werden Lerndaten in den Motorstart-Vorhersage-Algorithmus eingegeben, wobei der Motorstart-Vorhersage-Algorithmus nach dem Prinzip des maschinellen Lernens in den eingegebenen Lerndaten Muster und/oder Gesetzmäßigkeiten erkennt, welche beim Auswerten der generierten Motorstart-Daten entsprechend angewandt werden. Die Lerndaten weisen insbesondere charakteristische Motorstart-Daten einer Vielzahl von insbesondere unterschiedlich gealterter elektrischen Energiespeichersysteme von einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugmarken, Fahrzeugmodelle und/oder Fahrzeugvarianten auf.In the method according to the invention, it is provided in particular that a learning phase of the engine start prediction algorithm is carried out. In the learning phase, learning data are entered into the engine start prediction algorithm, with the engine start prediction algorithm using the principle of machine learning recognizing patterns and/or laws in the learning data entered, which are used accordingly when evaluating the generated engine start data. The learning data include, in particular, characteristic engine start data of a large number of electrical energy storage systems, in particular of different ages, from a large number of different vehicle brands, vehicle models and/or vehicle variants.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die generierten Motorstart-Daten des elektrischen Energiespeichersystems, dessen Motorstart-Performance vorherzusagen ist, während einer Lernphase des Motorstart-Vorhersage-Algorithmus als Lerndaten verwendet werden.According to a preferred development, it is provided that the generated engine start data of the electrical energy storage system, whose engine start performance is to be predicted, is used as learning data during a learning phase of the engine start prediction algorithm.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Vorhersagen einer Motorstart-Performance eines elektrischen Energiespeichersystems, wobei das System eine Eingabeschnittstelle zum Eingeben von für das elektrische Energiespeichersystem charakteristischen Motorstart-Daten und eine Auswertung zum Auswerten der eingegebenen Motorstart-Daten aufweist. Dabei ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, bei der Auswertung der Motorstart-Daten eine Fahrzeugmarke, ein Fahrzeugmodel und/oder eine Fahrzeugvariante eines von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeuges zu berücksichtigen. Die Auswerteeinrichtung weist insbesondere einen auf dem Prinzip des maschinellen Lernens basierenden Motorstart-Vorhersage-Algorithmus auf.The invention also relates to a system for predicting an engine start performance of an electrical energy storage system, the system having an input interface for entering engine start data characteristic of the electrical energy storage system and an evaluation for evaluating the entered engine start data. The evaluation device is designed to take into account a vehicle make, a vehicle model and/or a vehicle variant of a vehicle to be started by the electrical energy storage system when evaluating the engine start data. In particular, the evaluation device has an engine start prediction algorithm based on the principle of machine learning.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung eine exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Systems näher beschrieben.An exemplary embodiment of the method according to the invention or the system according to the invention is described in more detail below with reference to the attached drawing.
Es zeigt:
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1 schematisch ein Ablaufdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 schematically a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
Herkömmliche Batterietestsysteme versuchen, die Fähigkeit eines Energiespeichersystems bzw. einer Batterie, einen Verbrennungsmotor zu starten, vorherzusagen. Dies basiert in der Regel auf einer Messung des Innenwiderstands (IR) des Energiespeichersystems oder der Leitfähigkeit. Basierend auf dieser Messung kann ein Spannungswert berechnet werden, den das Energiespeichersystem haben wird, wenn ein definiertes Stromprofil angelegt wird.Conventional battery test systems attempt to predict the ability of an energy storage system or battery to start an internal combustion engine. This is typically based on a measurement of the internal resistance (IR) of the energy storage system or conductivity. Based on this measurement, a voltage value can be calculated that the energy storage system will have when a defined current profile is applied.
Ein zweiter Ansatz besteht darin, mit dem Innenwiderstand des Energiespeichersystems einen so genannten Kaltstartstrom (cold crank current - CCA) zu berechnen und einen Schwellenwert festzulegen, bei dem das Energiespeichersystem ausgetauscht werden soll (beispielsweise bei 50 % des nominalen CCA-Wertes). Der Nachteil der herkömmlichen Batterietestgeräte ist insbesondere darin zu sehen, dass die Art der Vorhersage die Leistung bzw. Performance des Energiespeichersystems nur bei einem vordefinierten Stromwert unter Laborbedingungen und einem festen (geschätzten) Schwellenwert, wie beispielsweise 50 % des nominalen CCA-Wertes, berücksichtigt. Von daher sind herkömmliche Batterietestgeräte nicht in der Lage, eine „echte“ Motorstartkondition widerzuspiegeln.A second approach is to use the internal resistance of the energy storage system to calculate a so-called cold crank current (CCA) and set a threshold at which the energy storage system should be replaced (e.g. at 50% of the nominal CCA value). The disadvantage of conventional battery test devices is that the type of prediction only takes into account the power or performance of the energy storage system at a predefined current value under laboratory conditions and a fixed (estimated) threshold value, such as 50% of the nominal CCA value. Therefore, conventional battery testers are not able to reflect a "real" engine start condition.
Unter Berücksichtigung aller Variationen von Fahrzeugmarken und Fahrzeugmodellen, Variationen von Batterie- und Umgebungstemperaturen, unter Berücksichtigung des Einflusses von SOC-Variationen usw., können herkömmliche Batterietestverfahren bzw. Batterietestgeräte in der Praxis nur eine unzureichende Vorhersage der Batterieleistung für einen echten Motorstartvorgang in einem Fahrzeug liefern.Considering all variations of vehicle brands and vehicle models, variations of battery and ambient temperatures, considering the influence of SOC variations, etc., in practice, conventional battery test methods or battery test devices can only provide an insufficient prediction of battery performance for a real engine starting process in a vehicle .
Insbesondere wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Vorhersage der Batterieleistung nicht der Hauptgrund für einen Batterieausfall, der eine alterungsbedingte Abnahme der Leistung der Batterie zum Starten des Verbrennungsmotors ist, berücksichtigt.In particular, methods known from the prior art for predicting the battery performance do not take into account the main reason for a battery failure, which is an aging-related decrease in the performance of the battery for starting the internal combustion engine.
Hingegen wird nach der Erfindung eine fahrzeugbasierte elektrische Leistungsaufnahme beim Motorstart verwendet, um die Vorhersage der Motorstart-Performance des Energiespeichersystems anzupassen.On the other hand, according to the invention, a vehicle-based electrical power consumption during engine start is used in order to adapt the prediction of the engine start performance of the energy storage system.
Bei der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine Diskrepanz zwischen den derzeitigen Batterietestern, die zur Abschätzung der Batterieleistung unter Laborbedingungen entwickelt sind, und der tatsächlichen Batterieleistung, die zum Starten des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges benötigt wird (für verschiedene Fahrzeugmarken, Fahrzeugmodelle, Motortechnologien wie Diesel, Benziner, Start/Stopp, usw.) berücksichtigt.In particular, the present invention eliminates a discrepancy between current battery testers, which are designed to estimate battery performance under laboratory conditions, and the actual battery power required to start the vehicle's internal combustion engine (for different vehicle brands, vehicle models, engine technologies such as diesel, gasoline, start/stop, etc.) is taken into account.
Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es schematisch in
Der erste Schritt A des Verfahrens bildet die Grundlage für den Fahrzeugstart-Vorhersage-Algorithmus. Für die Implementation des Verfahrensschrittes A werden eine Vielzahl von verschiedenen Fahrzeugmarken und Fahrzeugmodellen verwendet (beispielsweise 100 Fahrzeuge).The first step A of the method forms the basis for the vehicle launch prediction algorithm. A large number of different vehicle brands and vehicle models are used for the implementation of method step A (for example 100 vehicles).
Wie als Block A1 „Fahrzeugdaten-Aufnahme“ angedeutet, dienen als Eingangsdaten dienen unterschiedliche, bei einem Motorstart aufgenommene Spannungsprofile, und zwar bei einer Vielzahl von unterschiedlich gealterten Batterien, bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen SOC-Bedingungen.As indicated as block A1 “vehicle data recording”, different voltage profiles recorded when the engine is started serve as input data, namely with a large number of batteries of different ages, at different temperatures and different SOC conditions.
In einem zweiten Schritt (Block A2 - „Datenauswertung“) kategorisiert ein intelligenter maschineller Lernalgorithmus die verschiedenen Spannungsprofile (beispielsweise Minimalspannung, Startzeit, Anzahl der erfolgreichen Motorstarts, etc.) für verschiedene Fahrzeugmarken und Fahrzeugmodelle und definiert Leistungsgrenzen für erfolgreiche und erfolglose Motorstartvorgänge.In a second step (Block A2 - "Data evaluation"), an intelligent machine learning algorithm categorizes the different voltage profiles (e.g. minimum voltage, start time, number of successful engine starts, etc.) for different vehicle brands and vehicle models and defines power limits for successful and unsuccessful engine starts.
Der große Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Motorstartreaktion des Fahrzeuges für verschiedene Variationen (Fahrzeugmarken und Modelle, Temperaturen, SOC, etc.) später in einem Batterietester für eine Batteriewechselempfehlung und nicht unbekannte batterieirterne (chemische) Reaktionen verwendet werden kann.The great advantage of this method is that the engine start reaction of the vehicle for different variations (vehicle makes and models, temperatures, SOC, etc.) can later be used in a battery tester for a battery change recommendation and not unknown battery-internal (chemical) reactions.
Das Batterietestgerät kann die Motorstartdaten des Verbrennungsmotors direkt an den Anschlusspolen des Energiespeichersystems erfassen oder diese Werte an anderen Stellen, beispielsweise am OBD-Port des Fahrzeuges über den Analog-Ausgangspin erfassen.The battery tester can record the engine start data of the combustion engine directly at the connection poles of the energy storage system or record these values at other points, for example at the vehicle's OBD port via the analog output pin.
Zum Auswerten der generierten Motorstart-Daten werden dann die Motorstart-Daten in einen auf dem Prinzip des maschinellen Lernens basierenden Motorstart-Vorhersage-Algorithmus eingegeben (Block A3 - „Motorstart-Vorhersage-Algorithmus“).In order to evaluate the generated engine start data, the engine start data is then entered into an engine start prediction algorithm based on the principle of machine learning (Block A3 - "Engine start prediction algorithm").
In dem Motorstart-Vorhersage-Algorithmus werden die Motorstart-Daten gemäß Klassifikationen in unterschiedliche Kategorien eingeteilt, die sich durch charakteristische Muster unterscheiden (Block A4 - „Klassifikation“), wobei dann die Motorstart-Daten abhängig von einer Fahrzeugmarke, einem Fahrzeugmodell und/oder einer Fahrzeugvariante des von dem elektrischen Energiespeichersystem zu startenden Fahrzeugs in unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden (Block A5 - „Auswertung“).In the engine start prediction algorithm, the engine start data are divided into different categories according to classifications, which differ by characteristic patterns (Block A4 - "Classification"), with the engine start data then depending on a vehicle make, a vehicle model and/or a vehicle variant of the vehicle to be started by the electrical energy storage system can be divided into different categories (Block A5 - "Evaluation").
Da für eine möglichst zuverlässige Vorhersage ein Basisalgorithmus benötigt wird, der auf dem Grundprinzip des maschinellen Lernens beruht, ist es von Vorteil, wenn dem Algorithmus möglichst viele Lerndaten zur Verfügung gestellt werden.Since a basic algorithm based on the basic principle of machine learning is required for a prediction that is as reliable as possible, it is advantageous if as much learning data as possible is made available to the algorithm.
Zu diesem Zweck kommt ein weiterer Verfahrensschritt (Schritt B) zum Einsatz, welches eine Cloud-basierte Datenstruktur benötigt, welche alle durch den ersten Verfahrensschritt A definierten Werte beinhaltet. Die Idee ist es, dass ein Batterietester in einem ersten Schritt den Basisalgorithmus beinhaltet und in einer Pilot- oder Lernphase mit einer Beta-Version arbeitet und in mehreren Durchgängen weitere Motorstartdaten sammelt, welche automatisch an die Cloud-Datenbank gesendet werden.For this purpose, a further procedural step (step B) is used, which requires a cloud-based data structure that contains all values defined by the first procedural step A. The idea is that a battery tester contains the basic algorithm in a first step and works with a beta version in a pilot or learning phase and collects further engine start data in several passes, which is automatically sent to the cloud database.
Im Einzelnen ist in
Die Lerndaten weisen insbesondere charakteristische Motorstart-Daten einer Vielzahl von insbesondere unterschiedlich gealterten elektrischen Energiespeichersystemen von einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugmarken, Fahrzeugmodelle und/oder Fahrzeugvarianten auf.The learning data include, in particular, characteristic engine start data from a multiplicity of electrical energy storage systems, in particular that have aged differently, from a multiplicity of different vehicle brands, vehicle models and/or vehicle variants.
Die generierten Motorstart-Daten des elektrischen Energiespeichersystems, dessen Motorstart-Performance vorherzusagen ist, können dann während einer Lernphase des Motorstart-Vorhersage-Algorithmus als Lerndaten verwendet werden.The generated engine start data of the electrical energy storage system whose engine start performance is to be predicted can then be used as learning data during a learning phase of the engine start prediction algorithm.
Ein maschineller Lernalgorithmus wertet diese neuen Motorstartdaten aus und passt die Anzeige an, um den Motorstart-Vorhersage-Algorithmus und seine Schwellenwerte zu optimieren. Von Zeit zu Zeit (d.h. nach einer ausreichenden Anzahl neuer Motorstartdaten verschiedener Fahrzeugmodelle) wird die „alte“ Algorithmenversion durch eine optimierte Version aktualisiert. Der Algorithmus selbst kann in einer Batterietestereinheit verwendet/implementiert sein und/oder er könnte als Cloud-basierter Algorithmus verwendet werden.A machine learning algorithm evaluates this new engine start data and adjusts the display to optimize the engine start prediction algorithm and its thresholds. From time to time (i.e. after a sufficient number of new engine start data of different vehicle models), the "old" algorithm version is updated with an optimized version. The algorithm itself can be used/implemented in a battery tester unit and/or it could be used as a cloud based algorithm.
Zusammenfassend bleibt somit Folgendes festzuhalten:In summary, the following can be stated:
Erfindungsgemäß werden zunächst charakteristische Motorstart-Daten für das untersuchte elektrische Energiespeichersystem generiert.According to the invention, characteristic engine start data are first generated for the electrical energy storage system under investigation.
Diese Motorstart-Daten werden vorzugsweise direkt im Fahrzeug mit Hilfe entsprechender Sensoren generiert, wie beispielsweise Sensoren, die zu dem Fahrzeugdiagnosesystem gehören. Die charakteristischen Motorstart-Daten sind die „echten“ Daten, die ein Energiespeichersystem beim Startvorgang eines echten Verbrennungsmotors für unterschiedliche Fahrzeugmarken, Fahrzeugmodelle und Fahrzeugvarianten erzeugt. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Motorstart-Spannung und/oder ein Motorstart-Spannungsprofil, aber auch die Temperatur des elektrischen Energiespeichersystems beim Generieren der Motorstart-Spannung bzw. des Motorstart-Spannungsprofils kann berücksichtigt werden, wie ebenso ein Ladezustand des Energiespeichersystems während der Motorstart-Phase.This engine start data is preferably generated directly in the vehicle using appropriate sensors, such as sensors that are part of the vehicle diagnostic system. The characteristic engine start data is the "real" data that an energy storage system generates during the starting process of a real internal combustion engine for different vehicle brands, vehicle models and vehicle variants. This is in particular an engine start voltage and/or an engine start voltage profile, but the temperature of the electrical energy storage system when generating the engine start voltage or the engine start voltage profile can also be taken into account, as can a state of charge of the energy storage system during the engine start -Phase.
Mit anderen Worten, die Eingangsdaten für einen auf dem maschinellen Lernen basierenden Auswerte-Algorithmus sind keinesfalls Labordaten des Energiespeichersystems, sondern Daten, die unter reellen Bedingungen aufgenommen werden, wobei hier insbesondere berücksichtigt wird, bei welcher Fahrzeugmarke, bei welchem Fahrzeugmodell und/oder bei welcher Fahrzeugvariante die echten Motorstart-Daten generiert werden.In other words, the input data for an evaluation algorithm based on machine learning is by no means laboratory data from the energy storage system, but data that is recorded under real conditions, with particular consideration being given to which vehicle make, which vehicle model and/or which vehicle Vehicle variant the real engine start data are generated.
Der auf dem maschinellen Lernen basierende Auswerte-Algorithmus teilt anschließend die Motorstart-Daten, die als Lerndaten dienen, in unterschiedliche Kategorien ein.The evaluation algorithm based on machine learning then divides the engine start data, which serves as learning data, into different categories.
Dadurch wird ein Motorstart-Vorhersage-Algorithmus bereitgestellt, der aufgrund einer vorzugsweise kontinuierlich oder periodisch durchgeführten Lernphase regelmäßig mit neuen Lerndaten gespeist wird, um so seine Genauigkeit zu optimieren.This provides an engine start prediction algorithm which, based on a learning phase that is preferably carried out continuously or periodically, is regularly fed with new learning data in order to optimize its accuracy in this way.
Mit dem derart gebildeten Auswerte-Algorithmus können dann Energiespeichersysteme im Hinblick auf ein bestimmtes Fahrzeugmodell bzw. eine bestimmte Fahrzeugmarke und/oder eine bestimmte Fahrzeugvariante besonders genau bewertet werden, und zwar im Hinblick auf die Frage, wie die Motorstart-Performance des elektrischen Energiespeichersystems bei der bestimmten Fahrzeugmarke, dem bestimmten Fahrzeugmodell und/oder der bestimmten Fahrzeugvariante ausschaut.With the evaluation algorithm formed in this way, energy storage systems can then be evaluated particularly precisely with regard to a specific vehicle model or a specific vehicle make and/or a specific vehicle variant, specifically with regard to the question of how the engine start performance of the electrical energy storage system specific vehicle brand, vehicle model and/or vehicle variant.
Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung schematisch gezeigte Verfahren beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.The invention is not limited to the method shown schematically in the drawing, but results from a synopsis of all features disclosed herein.
Claims (12)
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